Жизнь на далекой планете не похожа на жизнь на Земле
Жизнь на далекой планете – если она там существует – может быть совсем не похожа на жизнь на Земле. Но в кладовой Вселенной не так много химических ингредиентов, и не так уж много способов их смешать. Команда под руководством ученых из Университета Висконсин-Мэдисон воспользовалась этими ограничениями, чтобы написать кулинарную книгу, содержащую сотни химических рецептов, потенциально способных дать начало жизни. Их список ингредиентов мог бы сосредоточить поиски жизни в других частях Вселенной, указав наиболее вероятные условия — планетарные версии методов смешивания, температуру духовки и время выпечки — для того, чтобы рецепты соединились. По словам исследователей, процесс перехода от основных химических ингредиентов к сложным циклам клеточного метаболизма и размножения, определяющим жизнь, требует не только простого начала, но и повторения. «Происхождение жизни на самом деле представляет собой процесс «что-то из ничего», — говорит Бетюль Качар, астробиолог, поддерживаемый НАСА, и профессор бактериологии Университета Вашингтона в Мэдисоне. «Но это нечто не может случиться только один раз. Жизнь сводится к химии и условиям, которые могут генерировать самовоспроизводящуюся модель реакций».
Химические реакции, в результате которых образуются молекулы, которые способствуют повторению одной и той же реакции снова и снова, называются автокаталитическими реакциями. В новом исследовании, опубликованном в Журнале Американского химического общества, Чжэнь Пэн, научный сотрудник лаборатории Качар, и его коллеги собрали 270 комбинаций молекул, включающих атомы всех групп и серий периодической таблицы, с потенциалом устойчивого автокатализ. «Считалось, что такого рода реакции встречаются очень редко», — говорит Качар. «Мы показываем, что это на самом деле далеко не редкость. Просто нужно искать в правильном месте». Исследователи сосредоточили свой поиск на так называемых реакциях сопропорционирования. В этих реакциях два соединения, включающие один и тот же элемент с разным числом электронов или реактивных состояний, объединяются, образуя новое соединение, в котором элемент находится в середине начальных реакционных состояний.
Чтобы быть автокаталитическим, результат реакции также должен предоставить исходные материалы для повторного возникновения реакции, чтобы результат стал новым входом, говорит Зак Адам, соавтор исследования и геолог из Университета Вашингтона в Мэдисоне, изучающий происхождение жизнь на Земле. Реакции сопропорционирования приводят к образованию множества копий некоторых участвующих молекул, обеспечивая материалы для следующих этапов автокатализа. «Если эти условия подходят, вы можете начать с относительно небольшого количества таких результатов», — говорит Адам. «Каждый раз, когда вы делаете оборот цикла, вы выплевываете как минимум один дополнительный результат, который ускоряет реакцию и делает ее еще быстрее». Автокатализ подобен растущей популяции кроликов. Пары кроликов собираются вместе, производят потомство новых кроликов, а затем новые кролики вырастают, образуют пары и производят еще больше кроликов. Не нужно много кроликов, чтобы вскоре иметь еще больше кроликов.
Однако поиск во Вселенной висячих ушей и пушистых хвостов, вероятно, не является выигрышной стратегией. Вместо этого Качар надеется, что химики возьмут идеи из списка рецептов нового исследования и проверят их на кастрюлях и сковородках, имитирующих инопланетную кухню. «Мы никогда точно не узнаем, что именно произошло на этой планете, чтобы зародить жизнь. У нас нет машины времени», — говорит Качар. «Но в пробирке мы можем создать несколько планетарных условий, чтобы понять, как вообще может развиваться динамика поддержания жизни». Качар возглавляет консорциум MUSE, поддерживаемый НАСА, по использованию и отбору металлов на протяжении веков. Ее лаборатория будет сосредоточена на реакциях, включающих элементы молибден и железо, и ей не терпится увидеть, что другие готовят из самых экзотических и необычных частей новой книги рецептов. «Карл Саган сказал, что если вы хотите испечь пирог с нуля, сначала вы должны создать вселенную», — говорит Качар. «Я думаю, если мы хотим понять вселенную, сначала нам нужно испечь несколько пирогов».
